العالم الرائع للمواد العضوية. الأحياء العامة: المواد العضوية الكائنات التي تكوّن مواد عضوية من مواد غير عضوية

تشكل المركبات العضوية في المتوسط 20-30% من كتلة خلايا الكائن الحي. وتشمل هذه البوليمرات البيولوجية - البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات، وكذلك الدهون وعدد من الجزيئات الصغيرة - الهرمونات والأصباغ وATP وغيرها الكثير.

تحتوي الأنواع المختلفة من الخلايا على كميات مختلفة من المركبات العضوية. تسود الكربوهيدرات المعقدة - السكريات - في الخلايا النباتية، بينما يوجد في الخلايا الحيوانية عدد أكبر من البروتينات والدهون. ومع ذلك، فإن كل مجموعة من مجموعات المواد العضوية في أي نوع من الخلايا تؤدي وظائف مماثلة.

الدهون - هذا هو الاسم الذي يطلق على الدهون والمواد الشبيهة بالدهون (الليبويدات). تتميز المواد المدرجة هنا بالذوبان في المذيبات العضوية وعدم الذوبان (نسبيًا) في الماء.

هناك الدهون النباتية التي لها قوام سائل في درجة حرارة الغرفة، والدهون الحيوانية التي لها قوام صلب.

وظائف الدهون:

الهيكلية - الفسفوليبيدات جزء من أغشية الخلايا.

التخزين - تتراكم الدهون في خلايا الحيوانات الفقارية.

الطاقة - يتشكل ثلث الطاقة التي تستهلكها خلايا الحيوانات الفقارية أثناء الراحة نتيجة أكسدة الدهون، والتي تستخدم أيضًا كمصدر للمياه؛

وقائي - طبقة الدهون تحت الجلد تحمي الجسم من الأضرار الميكانيكية.

العزل الحراري - تساعد الدهون تحت الجلد على الاحتفاظ بالحرارة؛

عازل كهربائي - المايلين الذي تفرزه خلايا شوان يعزل بعض الخلايا العصبية، مما يسرع انتقال النبضات العصبية عدة مرات؛

من الناحية الغذائية - تتشكل الأحماض الصفراوية وفيتامين د من الستيرويدات؛

التشحيم - يغطي الشمع الجلد والفراء وريش الحيوانات ويحميها من الماء. أوراق العديد من النباتات مغطاة بطبقة شمعية. ويستخدم النحل الشمع في بناء أقراص العسل؛

الهرمونات - هرمون الغدة الكظرية - الكورتيزون والهرمونات الجنسية هي دهنية بطبيعتها، ولا تحتوي جزيئاتها على أحماض دهنية.

عندما يتم تكسير 1 جرام من الدهون، يتم إطلاق 38.9 كيلوجول من الطاقة.

الكربوهيدرات

تحتوي الكربوهيدرات على الكربون والهيدروجين والأكسجين. تتميز الكربوهيدرات التالية. عندما يتم تكسير 1 جم من المادة، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول من الطاقة.

السكريات الأحادية، أو الكربوهيدرات البسيطة، والتي، اعتمادًا على محتوى ذرات الكربون، تسمى الثلاثيات، والبنتوس، والسداسيات، وما إلى ذلك. البنتوس - الريبوز وديوكسي ريبوز - جزء من الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). يعمل الهكسوز - الجلوكوز - كمصدر رئيسي للطاقة في الخلية.

السكريات- البوليمرات التي تكون مونومراتها عبارة عن سكريات أحادية سداسية. أشهر أنواع السكريات الثنائية (اثنين من المونومرات) هما السكروز واللاكتوز. وأهم السكريات هي النشا والجليكوجين، والتي تعمل كمواد احتياطية للخلايا النباتية والحيوانية، وكذلك السليلوز، المكون الهيكلي الأكثر أهمية للخلايا النباتية.

تحتوي النباتات على مجموعة أكبر من الكربوهيدرات مقارنة بالحيوانات، لأنها قادرة على تصنيعها في الضوء أثناء عملية التمثيل الضوئي. أهم وظائف الكربوهيدرات في الخلية: الطاقة والهيكلية والتخزين.

ويتمثل الدور الحيوي في أن الكربوهيدرات تعمل كمصدر للطاقة في الخلايا النباتية والحيوانية؛ الهيكلية - يتكون جدار الخلية للنباتات بالكامل تقريبًا من عديد السكاريد السليلوز. التخزين - النشا بمثابة منتج احتياطي للنباتات. يتراكم أثناء عملية التمثيل الضوئي خلال موسم النمو وفي عدد من النباتات يترسب في الدرنات والبصيلات وما إلى ذلك. في الخلايا الحيوانية، يلعب الجليكوجين هذا الدور، والذي يترسب بشكل رئيسي في الكبد.

السناجب

من بين المواد العضوية للخلايا، تحتل البروتينات المرتبة الأولى، سواء من حيث الكمية أو من حيث الأهمية. وتمثل في الحيوانات حوالي 50% من الكتلة الجافة للخلية. يوجد حوالي 5 ملايين نوع من جزيئات البروتين الموجودة في جسم الإنسان، والتي تختلف ليس فقط عن بعضها البعض، ولكن أيضًا عن بروتينات الكائنات الحية الأخرى. على الرغم من هذا التنوع والتعقيد في البنية، يتم بناء البروتينات من 20 حمضًا أمينيًا مختلفًا فقط. تتعرض بعض البروتينات التي تشكل خلايا الأعضاء والأنسجة، وكذلك الأحماض الأمينية التي تدخل الجسم ولكنها لا تستخدم في تخليق البروتين، للتحلل، وتطلق 17.6 كيلوجول من الطاقة لكل 1 جرام من المادة.

تؤدي البروتينات العديد من الوظائف المختلفة في الجسم: البناء (وهي جزء من التكوينات الهيكلية المختلفة)؛ وقائية (بروتينات خاصة - أجسام مضادة - قادرة على ربط وتحييد الكائنات الحية الدقيقة والبروتينات الأجنبية)، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، تشارك البروتينات في تخثر الدم، ومنع النزيف الحاد، وأداء وظائف تنظيمية، وإشارات، وحركية، وطاقة، ونقل (نقل مواد معينة داخل الجسم) .

الوظيفة التحفيزية للبروتينات مهمة للغاية. مصطلح "الحفز" يعني "فك الارتباط"، "التحرير". تعمل المواد المصنفة كمحفزات على تسريع التحولات الكيميائية، ويظل تكوين المحفزات نفسها بعد التفاعل كما كان قبل التفاعل.

الانزيمات

جميع الإنزيمات التي تعمل كمحفزات هي مواد ذات طبيعة بروتينية؛ فهي تعمل على تسريع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلية بعشرات ومئات الآلاف من المرات. لا يتم تحديد النشاط التحفيزي للإنزيم من خلال جزيئه بأكمله، ولكن فقط من خلال جزء صغير منه - المركز النشط، الذي يكون عمله محددًا للغاية. يمكن أن يحتوي جزيء إنزيم واحد على عدة مراكز نشطة.

يمكن أن تتكون بعض جزيئات الإنزيم من البروتين فقط (على سبيل المثال، البيبسين) - مكون واحد، أو بسيط؛ والبعض الآخر يحتوي على مكونين: البروتين (الإنزيم المساعد) وجزيء عضوي صغير - الإنزيم المساعد. لقد ثبت أن الفيتامينات تعمل كأنزيمات مساعدة في الخلايا. إذا اعتبرنا أنه لا يمكن إجراء تفاعل واحد في الخلية دون مشاركة الإنزيمات، يصبح من الواضح أن الفيتامينات ذات أهمية قصوى للأداء الطبيعي للخلية والكائن الحي بأكمله. يؤدي غياب الفيتامينات إلى تقليل نشاط الإنزيمات التي تحتوي عليها.

يعتمد نشاط الإنزيمات بشكل مباشر على عمل عدد من العوامل: درجة الحرارة، والحموضة (الرقم الهيدروجيني للبيئة)، وكذلك على تركيز جزيئات الركيزة (المادة التي تعمل عليها)، والإنزيمات نفسها والإنزيمات المساعدة ( الفيتامينات والمواد الأخرى التي تشكل الإنزيمات المساعدة).

يمكن تحفيز أو تثبيط عملية إنزيمية معينة من خلال عمل العديد من المواد النشطة بيولوجيًا، مثل الهرمونات والأدوية ومنشطات نمو النبات والمواد السامة وما إلى ذلك.

الفيتامينات

الفيتامينات - مواد عضوية منخفضة الجزيئية نشطة بيولوجيًا - تشارك في عملية التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة في معظم الحالات كمكونات للإنزيمات.

إن حاجة الإنسان اليومية من الفيتامينات هي الملليغرامات وحتى الميكروغرامات. ومن المعروف أكثر من 20 فيتامينات مختلفة.

مصدر الفيتامينات للإنسان هو الغذاء، ومعظمه من أصل نباتي، وفي بعض الحالات من أصل حيواني (فيتامين د، أ). يتم تصنيع بعض الفيتامينات في جسم الإنسان.

نقص الفيتامينات يسبب المرض - نقص الفيتامين، وغيابها الكامل - نقص الفيتامينات، وزيادة - فرط الفيتامين.

الهرمونات

الهرمونات - المواد التي تنتجها الغدد الصماء وبعض الخلايا العصبية - الهرمونات العصبية. الهرمونات قادرة على المشاركة في التفاعلات الكيميائية الحيوية، وتنظيم عمليات التمثيل الغذائي (التمثيل الغذائي والطاقة).

السمات المميزة للهرمونات هي: 1) النشاط البيولوجي العالي؛ 2) الخصوصية العالية (الإشارات الهرمونية في "الخلية المستهدفة")؛ 3) نطاق العمل (نقل الهرمونات عن طريق الدم إلى مسافة بعيدة عن الخلايا المستهدفة)؛ قصر مدة وجوده في الجسم (عدة دقائق أو ساعات).

احماض نووية

هناك نوعان من الأحماض النووية: DNA (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين) وRNA (الحمض النووي الريبي).

اعبي التنس المحترفين - حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك، وهو نيوكليوتيد يتكون من القاعدة الآزوتية الأدينين والريبوز الكربوهيدراتي وثلاثة جزيئات من حمض الفوسفوريك.

الهيكل غير مستقر، تحت تأثير الإنزيمات يتحول إلى ADP - حمض الأدينوزين ثنائي الفوسفوريك (يتم تقسيم جزيء واحد من حمض الفوسفوريك) مع إطلاق 40 كيلوجول من الطاقة. ATP هو المصدر الوحيد للطاقة لجميع التفاعلات الخلوية.

توفر خصوصيات التركيب الكيميائي للأحماض النووية إمكانية تخزين ونقل ووراثة معلومات الخلايا الابنة حول بنية جزيئات البروتين التي يتم تصنيعها في كل نسيج في مرحلة معينة من التطور الفردي.

تضمن الأحماض النووية الحفاظ المستقر على المعلومات الوراثية والتحكم في تكوين بروتينات الإنزيم المقابلة، وتحدد بروتينات الإنزيم السمات الرئيسية لاستقلاب الخلية.

تدخل الأحماض الأمينية والقواعد النيتروجينية والدهون والكربوهيدرات وما إلى ذلك إلى الخلية مع الطعام أو تتشكل بداخلها من السلائف. إنها بمثابة منتجات أولية لتخليق عدد من البوليمرات الضرورية للخلية.

البروتينات، كقاعدة عامة، هي إنزيمات قوية ومحددة للغاية وتنظم عملية التمثيل الغذائي في الخلية.

تعمل الأحماض النووية كمخازن للمعلومات الوراثية. بالإضافة إلى ذلك، تتحكم الأحماض النووية في تكوين بروتينات الإنزيم المقابلة بالكمية المناسبة وفي الوقت المناسب.

الدهون

الدهون هي الاسم الذي يطلق على الدهون والمواد الشبيهة بالدهون (الدهون). تتميز المواد المدرجة هنا بالذوبان في المذيبات العضوية وعدم الذوبان (نسبيًا) في الماء.

هناك الدهون النباتية التي لها قوام سائل في درجة حرارة الغرفة، والدهون الحيوانية التي لها قوام صلب.

الدهون جزء من جميع أغشية البلازما. إنهم يلعبون دورًا نشطًا في الخلية ويشاركون بنشاط في عمليات التمثيل الغذائي وتكاثر الخلايا.

الكربوهيدرات

تحتوي الكربوهيدرات على الكربون والهيدروجين والأكسجين. تتميز الكربوهيدرات التالية.

السكريات الأحادية، أو الكربوهيدرات البسيطة، والتي، اعتمادًا على محتوى ذرات الكربون، تسمى الثلاثيات، والبنتوس، والسداسيات، وما إلى ذلك. البنتوس - الريبوز وديوكسي ريبوز - جزء من الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). يعمل الهكسوز - الجلوكوز - كمصدر رئيسي للطاقة في الخلية. يمكن تمثيل صيغتها التجريبية بـ Cn (H2O) n.
السكريات- البوليمرات التي تكون مونومراتها عبارة عن سكريات أحادية سداسية. أشهر أنواع السكريات الثنائية (اثنين من المونومرات) هما السكروز واللاكتوز. وأهم السكريات هي النشا والجليكوجين، والتي تعمل كمواد احتياطية للخلايا النباتية والحيوانية، وكذلك السليلوز، المكون الهيكلي الأكثر أهمية للخلايا النباتية.

السناجب

دعونا نتناول المزيد من التفاصيل حول خصائص البروتينات. وأهمها تمسخ وإعادة الطبيعة.

تمسخ الطبيعة هو فقدان التنظيم الهيكلي لجزيء البروتين. يمكن أن يكون سبب تمسخ الطبيعة التغيرات في درجات الحرارة، والجفاف، والتعرض للأشعة السينية وغيرها من التأثيرات. في البداية، يتم تدمير الهيكل الأضعف - الرباعي، ثم الثالث، والثانوي، وفي ظل أشد الظروف قسوة، الابتدائي.

إذا لم يؤدي التغيير في الظروف البيئية إلى تدمير البنية الأساسية للجزيء، فعند استعادة الظروف البيئية الطبيعية، يتم إعادة إنشاء بنية البروتين بالكامل. هذه العملية تسمى إعادة التطبيع. تُستخدم خاصية البروتينات هذه لاستعادة البنية المفقودة بالكامل على نطاق واسع في الصناعات الطبية والغذائية لإعداد بعض المستحضرات الطبية، على سبيل المثال، المضادات الحيوية، للحصول على مركزات الطعام التي تحتفظ بعناصرها الغذائية لفترة طويلة في شكل جاف. في بعض الكائنات الحية، يرتبط التمسخ العكسي الجزئي المعتاد للبروتينات بوظائفها (المحرك، والإشارات، والتحفيز، وما إلى ذلك). إن عملية تدمير البنية الأساسية للبروتين تكون دائمًا لا رجعة فيها وتسمى التدمير.

الخصائص الكيميائية والفيزيائية للبروتينات متنوعة للغاية: محبة للماء، كارهة للماء؛ بعضها يغير هيكلها بسهولة تحت تأثير العوامل، والبعض الآخر مستقر للغاية. تنقسم البروتينات إلى بروتينات بسيطة تتكون فقط من بقايا الأحماض الأمينية، وبروتينات معقدة، والتي، بالإضافة إلى البقايا الحمضية للأحماض الأمينية، تحتوي أيضًا على مواد أخرى ذات طبيعة غير بروتينية (بقايا الأحماض الفوسفورية والأحماض النووية والكربوهيدرات، الدهون، الخ).

الوظيفة التحفيزية للبروتينات مهمة للغاية. دعونا نلقي نظرة على هذه الوظيفة بمزيد من التفصيل. مصطلح "الحفز" يعني "فك الارتباط"، "التحرير". تعمل المواد المصنفة كمحفزات على تسريع التحولات الكيميائية، ويظل تكوين المحفزات نفسها بعد التفاعل كما كان قبل التفاعل.

الانزيمات

الفيتامينات

الفيتامينات - مواد عضوية منخفضة الجزيئية نشطة بيولوجيًا - تشارك في عملية التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة في معظم الحالات كمكونات للإنزيمات.

يسبب نقص الفيتامينات مرضًا - نقص الفيتامين، وغيابها الكامل - نقص الفيتامينات، وزيادة - فرط الفيتامين.

الهرمونات

الهرمونات هي مواد تنتجها الغدد الصماء وبعض الخلايا العصبية - الهرمونات العصبية قادرة على المشاركة في التفاعلات الكيميائية الحيوية، وتنظيم عمليات التمثيل الغذائي (التمثيل الغذائي والطاقة).

السمات المميزة للهرمونات هي:

نشاط بيولوجي عالي
خصوصية عالية (الإشارات الهرمونية في "الخلايا المستهدفة")؛
العمل عن بعد (نقل الهرمونات عن طريق الدم عبر مسافة إلى الخلايا المستهدفة)؛
وقت قصير نسبيا من الوجود في الجسم (عدة دقائق أو ساعات).

يتم تصنيع المواد الشبيهة بالهرمونات (الهرمونات العصبية) عن طريق النهايات العصبية. تقوم الخلايا العصبية أيضًا بتصنيع الناقلات العصبية - المواد التي تضمن نقل النبضات إلى الخلايا. هناك هرمونات ذات طبيعة شحمية - المنشطات (الهرمونات الجنسية). يقوم ما تحت المهاد بتنسيق عمل نظام الغدد الصماء.

يتم تنظيم وتنسيق نمو النبات الفردي بواسطة الهرمونات النباتية، التي تعمل كمسرعات لنمو الخلايا وانقسامها (تحفيز انقسام الكامبيوم، وما إلى ذلك).

قلويدات

تم تحديد مجموعة أخرى من المواد النشطة بيولوجيا في النباتات وبعض الكائنات الحية الأخرى - القلويدات. هذه المركبات العضوية سامة للإنسان والحيوان. بعضها له تأثير مخدر، حيث تحتوي على النيكوتين والمورفين وغيرها.

تم العثور على قلويدات في حوالي 2500 نوع من كاسيات البذور، معظمها من عائلات الباذنجانية، Liliaceae، الخشخاش، القنب وغيرها. وفقا لعدد من العلماء، تؤدي القلويدات في النباتات وظيفة وقائية - تكيفات لحمايتها من أكل الحيوانات. يستخدم الكولشيسين القلوي في الطب، وكذلك في الطفرات التجريبية.

احماض نووية

مثل البروتينات، والأحماض النووية هي البوليمرات غير المتجانسة. تختلف مونومراتها، النيوكليوتيدات، التي تشكل جزيئات الحمض النووي، بشكل حاد عن الأحماض الأمينية. هناك نوعان من الأحماض النووية: DNA (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين) وRNA (الحمض النووي الريبي).

ATP هو حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك، وهو نيوكليوتيد يتكون من قاعدة الأدينين النيتروجينية، وريبوز الكربوهيدرات وثلاثة جزيئات من حمض الفوسفوريك.

دعونا نتناول المزيد من التفاصيل حول أهمية الأحماض النووية التي تؤدي وظائف مهمة جدًا في الخلية. توفر خصوصيات التركيب الكيميائي للأحماض النووية إمكانية تخزين ونقل ووراثة معلومات الخلايا الابنة حول بنية جزيئات البروتين التي يتم تصنيعها في كل نسيج في مرحلة معينة من التطور الفردي.

وبما أن معظم الخصائص في الجسم تحددها البروتينات، فمن الواضح أن استقرار الأحماض النووية هو أهم شرط لحياة الخلايا والكائنات الحية بأكملها. أي تغييرات في بنية الأحماض النووية تستلزم تغييرات في بنية الخلايا أو نشاط العمليات الفسيولوجية فيها، مما يؤثر على قابليتها للحياة. تعتبر دراسة بنية الأحماض النووية، التي أنشأها لأول مرة عالم الأحياء الأمريكي واتسون والفيزيائي الإنجليزي كريك، مهمة للغاية لفهم وراثة السمات في الكائنات الحية وأنماط عمل كل من الخلايا الفردية والأنظمة الخلوية - الأنسجة والأنسجة. الأعضاء.

أثبتت الأبحاث التي أجراها علماء الكيمياء الحيوية أن التخليق الحيوي للبروتينات في الكائنات الحية يتم تحت سيطرة الأحماض النووية.

وبالتالي، تضمن الأحماض النووية الحفاظ المستقر على المعلومات الوراثية والتحكم في تكوين بروتينات الإنزيم المقابلة، وتحدد بروتينات الإنزيم السمات الرئيسية لاستقلاب الخلية. كل هذا مهم جدًا للحفاظ على الاستقرار الكيميائي للكائنات الحية وهو أمر حاسم لوجود الحياة على الأرض.

تشكل المواد العضوية، على عكس المواد غير العضوية، أنسجة وأعضاء الكائنات الحية. وتشمل هذه البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية وغيرها.

تكوين المواد العضوية في الخلايا النباتية

هذه المواد هي مركبات كيميائية تحتوي على الكربون. الاستثناءات النادرة لهذه القاعدة هي الكربيدات وحمض الكربونيك والسيانيد وأكاسيد الكربون والكربونات. تتشكل المركبات العضوية عندما يرتبط الكربون بأي عنصر من عناصر الجدول الدوري. في أغلب الأحيان، تحتوي هذه المواد على الأكسجين والفوسفور والنيتروجين والهيدروجين.

تتكون كل خلية في أي نبات على كوكبنا من مواد عضوية يمكن تقسيمها إلى أربع فئات. هذه هي الكربوهيدرات والدهون (الدهون) والبروتينات (البروتينات) والأحماض النووية. هذه المركبات هي بوليمرات بيولوجية. يشاركون في عمليات التمثيل الغذائي في جسم كل من النباتات والحيوانات على المستوى الخلوي.

أربع فئات من المواد العضوية

1. هي مركبات عناصرها الهيكلية الرئيسية هي الأحماض الأمينية. في جسم النبات، تؤدي البروتينات وظائف مهمة مختلفة، أهمها هيكلية. وهي جزء من التكوينات الخلوية المختلفة، وتنظم العمليات الحيوية ويتم تخزينها في الاحتياطي.

2. هي أيضًا جزء من جميع الخلايا الحية تمامًا. وهي تتكون من أبسط الجزيئات البيولوجية. هذه هي استرات الأحماض الكربوكسيلية والكحوليات. الدور الرئيسي للدهون في حياة الخلايا هو الطاقة. تترسب الدهون في البذور وأجزاء أخرى من النباتات. ونتيجة لانهيارها، يتم إطلاق الطاقة اللازمة لحياة الكائن الحي. في فصل الشتاء، تتغذى العديد من الشجيرات والأشجار، مما يؤدي إلى استهلاك احتياطيات الدهون والزيوت التي تراكمت خلال فصل الصيف. وتجدر الإشارة أيضًا إلى الدور الهام للدهون في بناء أغشية الخلايا - النباتية والحيوانية.

3. الكربوهيدرات هي المجموعة الرئيسية من المواد العضوية، والتي من خلالها تحصل الكائنات الحية على الطاقة اللازمة للحياة. اسمهم يتحدث عن نفسه. في بنية جزيئات الكربوهيدرات، جنبا إلى جنب مع الكربون والأكسجين والهيدروجين موجودة. إن الكربوهيدرات المخزنة الأكثر شيوعًا والتي تتشكل في الخلايا أثناء عملية التمثيل الضوئي هي النشا. وتترسب كمية كبيرة من هذه المادة، على سبيل المثال، في خلايا درنات البطاطس أو بذور الحبوب. توفر الكربوهيدرات الأخرى النكهة الحلوة للفواكه النباتية.

في تاريخ تطور الكيمياء العضوية، يتم التمييز بين فترتين: التجريبية (من منتصف القرن السابع عشر إلى نهاية القرن الثامن عشر)، والتي حدثت فيها معرفة المواد العضوية وطرق عزلها ومعالجتها بشكل تجريبي، والتحليلية (أواخر القرن الثامن عشر - منتصف القرن التاسع عشر)، المرتبط بظهور طرق لتحديد تركيب المواد العضوية. وتبين خلال فترة التحليل أن جميع المواد العضوية تحتوي على الكربون. ومن بين العناصر الأخرى التي تشكل المركبات العضوية تم اكتشاف الهيدروجين والنيتروجين والكبريت والأكسجين والفوسفور.

تحظى الفترة الهيكلية (النصف الثاني من القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين) بأهمية كبيرة في تاريخ الكيمياء العضوية، والتي تميزت بميلاد النظرية العلمية لتركيب المركبات العضوية، والتي كان مؤسسها أ.م. بتليروف.

المبادئ الأساسية لنظرية بنية المركبات العضوية:

ترتبط الذرات الموجودة في الجزيئات ببعضها البعض بترتيب معين بواسطة روابط كيميائية وفقًا لتكافؤها. الكربون الموجود في جميع المركبات العضوية رباعي التكافؤ؛
خصائص المواد لا تعتمد فقط على تركيبها النوعي والكمي، ولكن أيضًا على ترتيب ارتباط الذرات؛
الذرات الموجودة في الجزيء تؤثر بشكل متبادل على بعضها البعض.

يتم وصف ترتيب اتصال الذرات في الجزيء بصيغة هيكلية يتم فيها تمثيل الروابط الكيميائية بشرطات.

الخصائص المميزة للمواد العضوية

هناك العديد من الخصائص المهمة التي تميز المركبات العضوية في فئة منفصلة وفريدة من المركبات الكيميائية:

تكون المركبات العضوية عادة غازات أو سوائل أو مواد صلبة منخفضة الانصهار، على عكس المركبات غير العضوية، والتي تكون في الغالب مواد صلبة ذات نقطة انصهار عالية.
يتم تنظيم المركبات العضوية في الغالب بشكل تساهمي، في حين يتم تنظيم المركبات غير العضوية بشكل أيوني.
تؤدي الطوبولوجيا المختلفة لتكوين الروابط بين الذرات التي تشكل مركبات عضوية (ذرات الكربون في المقام الأول) إلى ظهور الأيزومرات - وهي مركبات لها نفس التركيب والوزن الجزيئي، ولكن لها خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة. وتسمى هذه الظاهرة الايزومرية.
ظاهرة التماثل هي وجود سلسلة من المركبات العضوية تختلف فيها صيغة أي اثنين من جيران السلسلة (المتجانسات) بنفس المجموعة - الفرق التماثلي CH 2. حرق المواد العضوية.

تصنيف المواد العضوية

يعتمد التصنيف على ميزتين مهمتين - بنية الهيكل العظمي للكربون ووجود مجموعات وظيفية في الجزيء.

في جزيئات المواد العضوية تتحد ذرات الكربون مع بعضها البعض لتشكل ما يسمى. هيكل عظمي أو سلسلة من الكربون. يمكن أن تكون السلاسل مفتوحة ومغلقة (دورية)، ويمكن أن تكون السلاسل المفتوحة غير متفرعة (عادية) ومتفرعة:

بناءً على هيكل الهيكل العظمي الكربوني، يتم تقسيمها إلى:

- المواد العضوية الحلقية ذات السلسلة الكربونية المفتوحة المتفرعة وغير المتفرعة. على سبيل المثال،

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 (البيوتان)

CH 3 -CH (CH 3) -CH 3 (أيزوبيوتان)

- المواد العضوية الحلقية الكربونية التي تكون فيها سلسلة الكربون مغلقة في دورة (حلقة). على سبيل المثال،

- مركبات عضوية حلقية غير متجانسة لا تحتوي في الدورة على ذرات الكربون فحسب، بل تحتوي أيضًا على ذرات عناصر أخرى، غالبًا ما تكون النيتروجين أو الأكسجين أو الكبريت:

المجموعة الوظيفية هي ذرة أو مجموعة ذرات غير هيدروكربونية تحدد ما إذا كان المركب ينتمي إلى فئة معينة. العلامة التي يتم من خلالها تصنيف المادة العضوية إلى فئة أو أخرى هي طبيعة المجموعة الوظيفية (الجدول 1).

الجدول 1. المجموعات والطبقات الوظيفية.

قد تحتوي المركبات على أكثر من مجموعة وظيفية واحدة. إذا كانت هذه المجموعات هي نفسها، فإن المركبات تسمى متعددة الوظائف، على سبيل المثال الكلوروفورم، والجلسرين. تسمى المركبات التي تحتوي على مجموعات وظيفية مختلفة بمركبات غير متجانسة؛ ويمكن تصنيفها في نفس الوقت إلى عدة فئات من المركبات، على سبيل المثال، يمكن اعتبار حمض اللاكتيك حمضًا كربوكسيليًا وكحولًا، ويمكن اعتبار الكولامين أمينًا وكحولًا.

تتكون الخلية الحية لأي كائن حي من 25-30% من المكونات العضوية.

تشتمل المكونات العضوية على كل من البوليمرات والجزيئات الصغيرة نسبيًا - الأصباغ والهرمونات وATP وما إلى ذلك.

تختلف خلايا الكائنات الحية عن بعضها البعض في البنية والوظائف وفي تركيبها الكيميائي الحيوي. ومع ذلك، فإن كل مجموعة من المواد العضوية لها تعريف مماثل في مقرر علم الأحياء وتؤدي نفس الوظائف في أي نوع من الخلايا. المكونات الرئيسية هي الدهون والبروتينات والكربوهيدرات والأحماض النووية.

في تواصل مع

الدهون

الدهون هي الدهون والمواد الشبيهة بالدهون. وتتميز هذه المجموعة البيوكيميائية بقابلية ذوبان جيدة في المواد العضوية، ولكنها غير قابلة للذوبان في الماء.

يمكن أن يكون للدهون قوام صلب أو سائل. الأول هو أكثر نموذجية للدهون الحيوانية، والثانية - للدهون النباتية.

وظائف الدهون هي كما يلي:

الكربوهيدرات

الكربوهيدرات هي مواد عضوية أحادية وبوليمرية تحتوي على الكربون والهيدروجين والأكسجين. وعندما يتم تكسيرها، تتلقى الخلية كمية كبيرة من الطاقة.

بناءً على تركيبها الكيميائي، يتم تمييز الفئات التالية من الكربوهيدرات:

مقارنة بالخلايا الحيوانية‎الأطعمة النباتية تحتوي على المزيد من الكربوهيدرات. ويفسر ذلك قدرة الخلايا النباتية على إنتاج الكربوهيدرات من خلال عملية التمثيل الضوئي.

الوظائف الرئيسية للكربوهيدرات في الخلية الحية هي الطاقة والهيكلية.

وظيفة الطاقةتتلخص الكربوهيدرات في تخزين احتياطيات الطاقة وإطلاقها حسب الحاجة. خلال موسم النمو، تتراكم الخلايا النباتية النشا، الذي يترسب في الدرنات والمصابيح. في الكائنات الحيوانية، يلعب هذا الدور الجليكوجين متعدد السكاريد، الذي يتم تصنيعه وتراكمه في الكبد.

الوظيفة الهيكليةيتم استيفاء الكربوهيدرات في الخلايا النباتية. يتكون الجدار الخلوي للنباتات بالكامل تقريبًا من السليلوز متعدد السكاريد.

السناجب

البروتينات هي مواد بوليمرية عضويةوالتي تحتل مكانة رائدة سواء من حيث الكمية في الخلية الحية أو من حيث أهميتها في علم الأحياء. تتكون الكتلة الجافة الكاملة للخلية الحيوانية من نصف البروتين تقريبًا. تتميز هذه الفئة من المركبات العضوية بالتنوع المذهل. يوجد حوالي 5 ملايين بروتين مختلف في جسم الإنسان وحده. فهي لا تختلف عن بعضها البعض فحسب، بل لها أيضًا اختلافات مع بروتينات الكائنات الحية الأخرى. وكل هذا التنوع الهائل من جزيئات البروتين مبني على 20 نوعًا فقط من الأحماض الأمينية.

إذا تعرض البروتين لعوامل حرارية أو كيميائية، يتم تدمير روابط الهيدروجين وثنائي كبريتيد في الجزيئات. وهذا يؤدي إلى تمسخ البروتين وتغييرات في بنية ووظيفة غشاء الخلية.

يمكن تقسيم جميع البروتينات إلى فئتين: كروية (تشمل الإنزيمات والهرمونات والأجسام المضادة)، والليفية - الكولاجين والإيلاستين والكيراتين.

وظائف البروتين في الخلية الحية:

احماض نووية

احماض نوويةمهمة في بنية الخلايا وعملها السليم. التركيب الكيميائي لهذه المواد يسمح بالحفاظ على المعلومات المتعلقة بتركيب البروتين في الخلايا ووراثتها. يتم نقل هذه المعلومات إلى الخلايا الوليدة وفي كل مرحلة من مراحل تطورها يتم تشكيل نوع معين من البروتين.

نظرًا لأن الغالبية العظمى من السمات الهيكلية والوظيفية للخلية ترجع إلى مكوناتها البروتينية، فإن استقرار الأحماض النووية مهم جدًا. وفي المقابل، يعتمد تطور وحالة الجسم ككل على استقرار بنية ووظائف الخلايا الفردية.

هناك نوعان من الأحماض النووية – الحمض الريبي النووي (RNA) والحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA).

الحمض النووي هوجزيء بوليمر يتكون من زوج من حلزونات النيوكليوتيدات. يتم تمثيل كل مونومر من جزيء الحمض النووي على شكل نيوكليوتيد. تحتوي النيوكليوتيدات على قواعد نيتروجينية (الأدينين، السيتوزين، الثايمين، الجوانين)، والكربوهيدرات (ديوكسيريبوز) وبقايا حمض الفوسفوريك.

ترتبط جميع القواعد النيتروجينية ببعضها البعض بطريقة محددة بدقة. يقع الأدينين دائمًا مقابل الثايمين، ويقع الجوانين دائمًا مقابل السيتوزين. يُطلق على هذا المزيج الانتقائي اسم التكامل ويلعب دورًا مهمًا للغاية في تكوين بنية البروتين.

ترتبط جميع النيوكليوتيدات المجاورة ببعضها البعض عن طريق بقايا حمض الفوسفوريك وديوكسيريبوز.

حمض النووي الريبيلديه أوجه تشابه كبيرة مع حمض الديوكسي ريبونوكلييك. والفرق هو أنه بدلا من الثيمين، يحتوي هيكل الجزيء على قاعدة اليوراسيل النيتروجينية. بدلا من ديوكسيريبوز، يحتوي هذا المركب على الريبوز الكربوهيدرات.

ترتبط جميع النيوكليوتيدات في سلسلة الحمض النووي الريبي (RNA) من خلال بقايا الفسفور والريبوز.

من خلال هيكلها يمكن أن يكون الحمض النووي الريبي (RNA) مفردًا أو مزدوجًا. في عدد من الفيروسات، يؤدي الحمض النووي الريبي المزدوج الذي تقطعت به السبل وظائف الكروموسومات - فهي حاملة للمعلومات الوراثية. بمساعدة الحمض النووي الريبي (RNA) المفرد الذين تقطعت بهم السبل، يتم نقل المعلومات حول تكوين جزيء البروتين.